李永剛 張書偉 張志軍

摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，配電網(wǎng)自動化的重要性越發(fā)突出，對故障定位、切除以及恢復(fù)供電的快速性要求越來越高。為了快速定位故障區(qū)段，縮短故障時間，故障指示器現(xiàn)已大量應(yīng)用的現(xiàn)在智能配網(wǎng)中。但使用效果并未達到預(yù)期，存在單項接地故障判別準(zhǔn)確率低等問題。本文根據(jù)冀北張家口地區(qū)所采用的不同原理的故障指示器，綜合闡述了各種故障指示器不同原理的優(yōu)缺點，總結(jié)了當(dāng)前故障指示器所要解決的問題，探究了未來故障指示器的研究方向。

關(guān)鍵詞：故障指示器;通信;故障定位;單相接地

一直以來，電網(wǎng)的可靠運行一直是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要保障，人民對電網(wǎng)供電可靠性的要求越來越高，但是之前對配電網(wǎng)絡(luò)的重視程度不夠，無論是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還是智能化程度，都十分薄弱。

然而，配電網(wǎng)覆蓋范圍廣，線路復(fù)雜，單純依靠人工巡線的方式查找故障費時費力，無法滿足快速恢復(fù)供電的實際要求。為了實現(xiàn)故障的快速定位，部分故障指示設(shè)備投入到配電網(wǎng)中，而最有代表性的就是故障指示器。

1 故障指示器簡介

故障指示器用于故障發(fā)生后快速定位故障區(qū)段，它實時檢測線路的電氣量，通過一定的故障判別算法，當(dāng)故障發(fā)生時發(fā)出警示。為了能夠快速定位故障地點，往往人為地將配電網(wǎng)分成多個區(qū)段，當(dāng)某一區(qū)段發(fā)生故障時，該區(qū)段及該區(qū)段至電源側(cè)所安裝的故障指示器均會發(fā)生報警信號。故障指示器可配置的遠(yuǎn)程通訊方式分別為光纖通信、GPRS技術(shù)、3G/4G寬帶技術(shù)和ZigBee。

2 故障指示器分類

國內(nèi)市場上銷售使用的故障指示器種類繁多，型號復(fù)雜，根據(jù)故障指示器單相接地檢測原理，故障指示器可分為三種類型：外施信號型、暫態(tài)特征型和暫態(tài)濾波型。

2.1 外施信號型故障指示器

外施信號型故障指示器需要增加信號注入設(shè)備，在變電站或線路上安裝專用的單相接地故障檢測外施信號發(fā)生裝置。發(fā)生單相接地故障時，根據(jù)零序電壓和相電壓變化，外施信號發(fā)生裝置自動投入，連續(xù)產(chǎn)生不少于4組工頻電流特征信號序列，疊加到故障回路負(fù)荷電流上，故障指示器通過檢測電流特征信號判別接地故障，并就地指示。雖然通過在單相接地故障發(fā)生時刻人為增大接地電流，提高了故障指示器的判斷能力，但會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和安全隱患，在實際應(yīng)用中已經(jīng)很少使用。

2.2 暫態(tài)特征型故障指示器

在發(fā)生單相接地故障時，故障相電壓會突然降低，線路的分布電容對地放電;非故障相電壓突然升高，線路分布電容開始充電。因此，在故障過程中具有顯著的故障特征量。

暫態(tài)特征型故障指示器采用突變量法檢測短路故障，暫態(tài)綜合判據(jù)法就是通過檢測多種故障特征量來判斷是否發(fā)生了單相接地接地故障，實現(xiàn)線路短路和接地故障就地判斷。由于需要快速準(zhǔn)確地捕捉暫態(tài)量，暫態(tài)算法對于終端設(shè)備的處理能力有較高要求，而且各暫態(tài)算法的單相接地故障準(zhǔn)確率不同，受限于終端處理能力，目前使用暫態(tài)算法的單相接地故障判斷準(zhǔn)確率較低。

2.3 暫態(tài)錄波型故障指示器

暫態(tài)錄波型故障指示器也稱為智能型故障指示器，由采集單元、匯集單元和主站系統(tǒng)構(gòu)成。采集單元采集故障特征數(shù)據(jù)等信息，并將采集到的信息上傳至匯集單元;匯集單元接收、處理采集單元上傳的數(shù)據(jù)信息，并與主站系統(tǒng)進行通信。指示器在線路狀態(tài)發(fā)生異常改變時觸發(fā)錄波并上傳至主站，主站通過錄波數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)故障區(qū)段定位。

3 故障判別

配電網(wǎng)的線路故障主要是相間短路和單相接地短路兩種。

配電網(wǎng)線路發(fā)生相間短路故障時，線路電流會發(fā)生較大變化，可以較為簡便地區(qū)分。而配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，如何快速判斷和定位，是故障指示器一直以來沒有解決好的問題。

根據(jù)不同的原理，單相故障判別方法有很多種，但無法實現(xiàn)準(zhǔn)確定位的原因主要有以下兩點：

（1）一些故障判別算法是建立在可以準(zhǔn)確獲取線路電壓電流信息前提下的，而對于故障指示器而言，難以配合其在每個線路上都安裝電壓傳感器等設(shè)備。

（2）一些算法過于理想化，對硬件設(shè)備要求高，如諧波分量法，信號注入法等。

因此，上述這些檢測原理的指示器在實際中并未得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)調(diào)查，實際應(yīng)用的故障指示器的算法主要為暫態(tài)綜合判據(jù)法和信號源注入法。

暫態(tài)綜合判據(jù)法是通過檢測多種故障特征量來判斷是否發(fā)生了單相接地。接地故障指示器檢測的暫態(tài)信息特征包括：故障相電壓降低;暫態(tài)電容電流突變;接地瞬間出現(xiàn)高次諧波信號;接地瞬間暫態(tài)電容電流和相電壓有個固定的相位關(guān)系等。

采用信號注入法原理是在發(fā)生單相接地故障后，由信號源裝置主動向系統(tǒng)發(fā)送信號，安裝在故障通道上的單相接地故障指示器收到這一特殊信號后，做出報警指示來檢測單相接地故障。

4 故障定位的難點

配電網(wǎng)故障定位一直是亟待解決的難題，且近年來分布式電源（DG）的接入和配電網(wǎng)架的日趨復(fù)雜化，使得故障定位的難度越來越大，目前基于故障指示器的故障定位難點如下：

（1）環(huán)網(wǎng)供電的故障定位。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，為了保證重要負(fù)荷的可靠供電，線路常采用閉環(huán)的供電方式。故障點不同，接收到的故障電流方向不一樣，難以形成有效的判據(jù)，無法實現(xiàn)準(zhǔn)確、快速定位。

（2）含DG接入配電網(wǎng)的故障定位。分布式電源的大量接入，使得配電網(wǎng)的網(wǎng)架發(fā)生變化，與傳統(tǒng)配網(wǎng)單一電源供電的方式存在較大差異。而分布式電源具有波動性和隨機性，造成線路中的保護裝置無法整定;發(fā)生故障后，故障電流的方向也不確定，所以含有DG的配電網(wǎng)，很難實現(xiàn)故障的快速定位與切除。

5 下一步研究重點及建議

隨著智能配電自動化的發(fā)展，要求實現(xiàn)故障的自動定位、隔離和非故障區(qū)段的供電恢復(fù)。集成新技術(shù)的智能型故障指示器是故障指示器技術(shù)的發(fā)展方向。

當(dāng)線路發(fā)生接地故障后，檢測到故障的故障指示器動作，并且將故障信息傳遞到通信終端，然后再以無線的方式傳送到監(jiān)控主站，主站對接收到達數(shù)據(jù)信息進行處理，對動作的故障指示器的地址信息進行糾錯、校正，最終通過

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但由于我國配電自動化的總體水平不高，故障指示器系統(tǒng)尚不能接入變電站綜合自動化系統(tǒng)，通信系統(tǒng)仍為獨立的系統(tǒng)，調(diào)配中心不能對故障信息的實時采集與監(jiān)控，指示器系統(tǒng)只作為故障定位的輔助判定裝置應(yīng)用。將故障指示器以合適的接入方式納入到配電自動化設(shè)備的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，與其他自動化終端結(jié)合，實現(xiàn)饋線自動化，這將是未來一個重要的發(fā)展方向。

故障指示器系統(tǒng)與配電自動化其他系統(tǒng)的結(jié)合也是今后的一個發(fā)展方向，如與GIS（地理信息系統(tǒng)）和MIS（管理信息系統(tǒng)）結(jié)合，監(jiān)控主站通過拓?fù)浞治鲇嬎愠龉收衔恢眉肮收贤泛?，可以直接顯示在GIS的地理背景上，便于電路的維護和事故搶修;又可用來對配電網(wǎng)設(shè)施進行管理，便于設(shè)施信息的錄入、查詢和統(tǒng)計。

故障指示器系統(tǒng)以GIS為支撐平臺也可以集成在SCADA系統(tǒng)之中，形成故障定位GIS/SCADA一體化平臺，實時搜集故障指示器動作信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，還可以對配電網(wǎng)圖形包括電力線路、桿塔、開關(guān)、變電站、故障指示器進行編輯，從而更快捷的實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等功能。

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作者簡介：李永剛（1988），男，河北張家口人，助理工程師，主要研究方向為配網(wǎng)自動化及其應(yīng)用;張書偉（1986），男，河北廊坊人，工程師，主要研究方向為配網(wǎng)防誤操作、智能配電網(wǎng)及交直流系統(tǒng)運行管理;張志軍（1991），男，河北張家口人，助理工程師，主要研究方向為配網(wǎng)自動化。